Учет внецентренного нагружения свайного фундамента

Расчет центрально и внецентренно нагруженного свайного фундамента.

Расчет свайного фундамента по первой группе предельных состояний (по несущей способности) производится из условия

где — расчетная внешняя нагрузка, передаваемая на отдельную сваю при наиболее невыгодных сочетаниях усилий, с учетом собственного веса ростверка и свай; — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый при расчете по несущей способности равным 0,87; у_к — коэффициент надежности метода испытаний, принимаемый по таблице .

Количество свай в отдельно стоящем свайном фундаменте (под колонну) может быть определено следующим образом;

а) определим ориентировочные размеры ростверка. Для этого определим среднее давление под подошвой ростверка по выражению

где Р — расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН; — размер поперечно­го сечения сваи, м.

Площадь подошвы ростверка в первом приближении может быть опре­делена по формуле

где — расчетная нагрузка по первой группе предельных состояний в плоскости обреза фундамента, кН; — осредненное значение удельного веса материала ростверка и грунта на его уступах, принимаемое равным 20 кН/м 3 ; d _р — глубина заложения подошвы ростверка, м.

Вес ростверка с грунтом на его уступах можно определить по формуле

где — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый = 1,1. Тогда количество свай

где = 1 . 1,6 — коэффициент, учитывающий действие момента. Для цен­трально нагруженных фундаментов = 1.

После определения количества свай в кусте или шага в ленточном рост­верке и порядка их размещения уточняют размеры ростверка и рассчитыва­ют его фактический вес с грунтом на уступах. Размеры ростверка уточняют­ся из следующих соображений:

— расстояние между осями наиболее близко расположенных свай, защем­ленных в грунте, не менее 3 d ;

— расстояние от грани свай крайнего ряда до края ростверка не менее 0,05 м;

-расстояние между сваями-стойками не регламентируется и зависит от возможности их погружения в грунт и от нагрузок;

— расстояние в свету между буровыми, набивными сваями и сваями-оболочками принимается не менее 1 м.

Конструирование ростверка завершается определением веса ростверка и грунта на его уступах. Вес ростверка

где ус = 1,1 — коэффициент надежности по нагрузке; V_р — объем ростверка,удельный вес железобетона.

-удельный вес ж/б.

Вес грунта на уступах ростверка

где V_g — объем фунта на уступах ростверка, м 3 ; — средневзвешенное зна­чение удельного веса грунта, кН/м 3 , расположенного выше ростверка.

После этого выполняют проверку фактической нагрузки, передаваемой на сваю, по формулам:

а) для центрально нагруженного фундамента —

Источник

5.2. Расчет внецентренно нагруженных свайных фундаментов с низким ростверком

Внецентренно нагруженным называют свайный фундамент, в котором точка приложения равнодействующей внешних нагрузок не совпадает с центром тяжести поперечных сечений свай в кусте.

При небольших эксцентриситетах в целях сокращения производства работ сваи допускается размещать равномерно. При больших эксцентриситетах у более нагруженного края фундамента устанавливают большее количество свай, смещая тем самым центр тяжести сечения свай в кусте относительно оси симметрии и уменьшая неблагоприятное воздействие момента.

Количество свай во внецентренно нагруженном фундаменте определяют по формуле (16) с увеличением его на 20-25%.

Расчетную нагрузку на одну сваю во внецентренно нагруженном фундаменте при эксцентриситете относительно двух главных осей инерции определяют по формуле:

где N_0I, N_PI, N_GI, N_CI, n — то же, что в формуле (17); M_x, M_y — моменты от расчетных нагрузок относительно главных центральных осей плана свай в плоскости подошвы ростверка; x_i, y_i — расстояния от главных осей до оси каждой сваи; x, y — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой определяется расчетная нагрузка.

Моменты от горизонтальных нагрузок, действующие в уровне обреза ростверка определяются по формуле M_x,y = H_x,yh_p, (23)

где H_x,y — горизонтальная составляющая расчетной нагрузки, действующей по оси х, у; h_p — высота ростверка.

Усилие, найденное по формуле (22) должно удовлетворять условию формулы (2), если оно не удовлетворяется, то увеличивают сечение, длину или количество свай и производят повторный расчет.

5.3. Проверка несущей способности по грунту фундамента из свай как условного фундамента мелкого заложения

Условный фундамент принимают в виде прямоугольного параллелепипеда. Его размеры для свайного фундамента с заглубленным в грунт ростверком определяют по рис. 6 и 7, с расположенным над грунтом ростверком — по рис. 8 и 9, для фундамента из опускного колодца — по рис. 10. Среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов _m, прорезанных сваями, определяют по формуле:

где _i — расчетный угол внутреннего трения i-го слоя грунта, расположенного в пределах глубины погружения свай в грунт; h_i — толщина этого слоя; d — глубина погружения свай в грунт от его расчетной поверхности, м.

Несущую способность основания под подошвой условного фундамента проверяют по формуле (21), при этом подлежащие проверке среднее P, кПа (тс/м 2 ), и максимальное P_max, кПа (тс/м 2 ), давления на грунт в сечении 3-4 по подошве условного фундамента (см. рис. 6-10) определяют по формулам:

где N_c — нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН (тс), определяемая с учетом веса грунтового массива 1-2-3-4 вместе с заключенными в нем ростверком и сваями или опускным колодцем; F_h; M_c — соответственно горизонтальная составляющая внешней нагрузки, кН (тс), и ее момент относительно главной оси горизонтального сечения условного фундамента в уровне расчетной поверхности грунта, кНм (тсм); d — глубина заложения условного фундамента по отношению к расчетной поверхности грунта (см. рис. 6-10); a_c, b_c — размеры в плане условного фундамента в направлении, параллельном плоскости действия нагрузки и перпендикулярном ей, м; k — коэффициент пропорциональности, определяющий нарастание с глубиной коэффициента постели грунта, расположенного выше подошвы фундамента и принимаемый по табл. 13; c_b — коэффициент постели грунта в уровне подошвы условного фундамента, кН/м 3 (тс/м 3 ), определяемый по формулам: при d  10 м c_b = 10k, кН/м 3 (тс/м 3 ); при d > 10 м c_b = kd.

Текучепластичные глины и суглинки (0,75

Рис. 6. Условный свайный фундамент с ростверком, заг-лубленным в грунт при угле наклона свай менее _m/4

Рис. 7. Условный свайный фундамент с ростверком, заглубленным в грунт при угле наклона свай более _m/4

Рис. 8. Условный свайный фундамент с ростверком, рас-положенным над грунтом при угле наклона свай менее _m/4

Рис. 9. Условный свайный фундамент с ростверком, расположенным над грун-том при угле наклона свай более _m/4

Рис. 10. Условный фундамент из опускного колодца:

Источник

Работа группы свай и свайных фундаментов, определение фактической нагрузки на сваи от сооружения при центрально и внецентренно действии сил.

По характеру работы висячих свай под действием вертикальной нагрузки различают работу одиночной сваи и одной сваи в кусте. Висячие сваи передают усилия на грунты основания через боковую поверхность и нижний конец. В зависимости от соотношения этих усилий эпюры вертикальных напряжений, возникающих в горизонтальной плоскости, проходящей через нижний конец сваи, будут иметь различную форму. Приближенно такую объемную эпюру можно представит в виде конуса, который проецируется на вертикальную плоскость в виде треугольника (рис. 5.24, а). Под действием этих напряжений основание будет давать осадку.

Рис. 5.24. Схемы работы сваи в груше; а — одиночной: б — в составе свайного куста

При загрузке свайного куста эпюры нормальных вертикальных напряжений в основании свай накладываются друг на друга (при шаге свай менее 6d и суммарная эпюра напряжений в основании свайного куста (рис. 5.24. б) существенно превышает эпюру напряжений одиночной сваи как по интенсивности, так и по размерам площади. Это приводит к большей величине осадки свайного куста (s_а 0,6 значение (а) недолжно быть больше 2d, где (d) диаметр или меньшая сторона поперечного сечения сваи.

Если при строительстве предусматривается планировка территории подсыпкой (намывом) высотой более 2 м или другой постоянной (долговременной) пригрузкой территории, эквивалентной подсыпке, а в пределах глубины погружения свай залегают слои слабых сильносжимаемых биогенных грунтов толщиной более 30 см, то значение осадки свайного фундамента из свай, защемленных в грунте, следует определять с учетом уменьшения габаритов условного фундамента, который в этом случае как при вертикальных, так и наклонных сваях принимается ограниченным с боков вертикальными плоско­стями, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии, определяемом по формуле (5.11), в которой значение (h) принимается равным расстоянию от нижней границы слоя слабого грунта до нижних концов свай.

Свайные фундаменты из свай-стоек допускается не рассчитывать по деформациям.

При проектировании свайных фундаментов необходимо: выбрать глубину заложения подошвы ростверка, тип, вид и размеры (длину и поперечное сечение) свай; найти несущую способность сваи; определить необходимое число свай в фундаменте; разместить сваи в плане и сконструировать ростверк; произвести проверку нагрузки, приходящейся на каждую сваю; определить осадку свайного фундамента. Глубину заложения подошвы ростверка выбирают, сообразуясь с особенностями сооружения (наличие подвальных этажей, приямков и т. п.).

Размеры свай также выбирают с учетом характера напластования грунтов. Поперечное сечение свай принимают в зависимости от их длины, так как очень большая гибкость свай может вызвать искривление их ствола по мере погружения его в грунт

Расчет ведут по первой группе предельных состояний. Ориентировочное число свай в центрально нагруженном кусте определяют по формуле

Зная число свай, их размещают в плане и конструируют ростверк. В центрально нагруженном свайном фундаменте сваи располагают рядами или в шахматном порядке. Как отмечалось ранее, минимальное расстояние а между осями цилиндрических и призматических свай принимают равным 3d (d размер поперечного сечения сваи). Расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда свай зависит от точности погружения свай в грунт или от способа их изготовления, Для забивных свай это расстояние чаще всего принимают равным размеру поперечного сечения сваи. Ростверк (обычно железобетонный) рассчитывают на продавливание колонной или сваей и на изгиб в соответствии с расчетом фундаментов по нормам на железобетонные конструкции.

Сваи, работающие только на сжатие, заделывают в ростверке обычно на глубину 5. 10 см. Сваи, работающие на выдергивание или изгиб, следует прочно заделывать в ростверк. Для этого бетон головы свай разбивают и обнаженную арматуру заделывают в ростверке. Проверку расчетной нагрузки, приходящейся на каждую сваю, при центральном нагружении фундамента осуществляют по формуле N=*(N₀ + G_f+G_s)/n,) где G/, Gg— расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта и ростверка; в—принятое число свай в фундаменте. При этом должно удовлетворяться условие где ук — коэффициент надежности, принимаемый в зависимости от точности определения несущей способности сваи .Если это условие не удовлетворяется, изменяют число свай и проводят повторную проверку.

Проектирование внецентренно нагруженных свайных фундаментов. При внецентренном загружении фундамента различают два случая: I случай-—момент действует постоянно; II случай— момент непостоянен и может действовать то справа, то слева. В I случае стремятся совместить центр тяжести сечений свай в кусте с точкой приложения равнодействующей. Тогда свайный куст будет испытывать центральное загружение, и нагрузку на сваи проверяют.

Размещать сваи с большей частотой у наиболее загруженного края ростверка нежелательно из-за возможного крена ростверка. Во II случае при проектировании таких фундаментов удается несколько снизить влияние момента на -их работу частичным смещением центра тяжести сечений свай в кусте относительно оси конструкции. Число свай внецеитренно нагруженного фундамента обычно и увеличивают приблизительно на 20 %,

Расчетную нагрузку на сваю при эксцентриситете относительно двух осей инерции площади сечений свай в кусте находят по формуле внецентренного сжатия

Учитывая, что при применении свай одинакового поперечного сечения и момент инерции сечения сваи относительно собственной оси инерции / во много раз меньше а при отсутствии заделки свай в ростверке вообще равен нулю, поэтому При учете ветровых и крановых нагрузок разрешается принимать расчетную нагрузку на крайние ряды свай на 20 % больше.

Источник